基于静动力测试的混凝土T形梁有限元模型修正

为建立适用于混凝土T形梁的有限元模型,以钢筋混凝土T形简支梁为研究对象,利用联合静动力的有限元模型修正方法对混凝土T形叠合梁进行模型修正.首先利用ANSYS建立混凝土T形简支梁有限元模型,根据工程经验初选混凝土弹性模量等待修正参数.构造实测响应与相应响应差值的目标函数,通过灵敏度分析,筛选待修正参数并设定待修正参数取值区间,在区间内选取5组随机的参数值作为“试验”模型,利用联合静动力的修正方法对参数进行迭代修正,修正后模型的静动力响应计算值与“试验”值吻合较好.在简支梁的基础上,将此修正方法推广到三跨连续梁,修正结果良好,验证了该方法的适用性和准确性.     

基于Kriging代理模型的异形钢桁架桥有限元模型修正

文章通过实例介绍了运用Kriging代理模型修正有限元模型参数的方法。选取宣城市滨湖路钢桁架桥作为研究对象,建立其有限元计算模型,通过环境激励试验,测量出桥梁结构的振动响应与基本频率,建立了关于桥梁结构参数与结构响应之间的Kriging代理模型。利用所建立的Kriging代理模型修正原有限元模型,并验算修正后的有限元模型的精度。研究结果表明,基于Kriging代理模型的有限元模型修正方法,可以利用桥梁的荷载试验结果对桥梁进行有限元模型的参数修正,Kriging代理模型的预测结果与实测结果吻合较好。     

基于响应面的桥梁有限元模型修正

采用试验设计和回归分析方法,以显式的响应面模型逼近特征量与设计参数间复杂的隐式函数关系,得到简化的结构模型(Meta-model),给出有限元模型修正过程。针对复杂的土木工程结构,讨论样本选择、修正参数选取以及如何从众多因素中较合理地建立结构的响应面模型。用数值模拟算例和六跨连续梁桥环境振动试验结果,实现基于响应面模型的土木工程结构有限元模型修正,并与传统的基于灵敏度方法直接对结构有限元模型修正结果进行比较。结果表明,基于响应面方法的有限元模型修正和验证,能显著提高修正的效率,修正过程计算简洁、迭代收敛快,避开每次迭代都需要进行有限元计算,易于工程实际应用。     

基于健康监测的连续刚构桥有限元模型确认(Ⅰ)——基于响应面法的有限元模型修正

有限元模型修正不能考虑不确定性和进行响应预测,而模型确认是模型修正的发展,该系列论文建立了桥梁有限元模型确认的基本方法。主要讨论模型确认的关键步骤之一——基于响应面的桥梁有限元模型修正方法,包括试验设计、参数筛选、响应面模型选择以及模型检验等;基于下白石大桥的实时健康监测,利用响应面方法成功地对下白石大桥的有限元模型进行修正。结果表明:有限元模型修正后的计算结果与实测结果比较吻合,最大相对误差不超过6%,修正后的有限元模型可以进一步应用于模型确认,对桥梁健康监测和安全评估有益。     

基于相似模型试验的导管架平台有限元模型修正

根据设计尺寸建立的有限元模型与实际结构之间不可避免地存在一定偏差,须根据试验测量数据对有限元模型进行必要的修正。基于相似原理设计制作完整平台和损伤平台的缩尺模型,开展模态试验;根据模态置信准则(MAC)评价试验模态数据和有限元计算数据的相关性。应用灵敏度分析方法对结构设计变量进行分级,以有效识别出平台结构中的待修正参数。针对含有未知损伤的海洋平台,采用结构参数的优化方法,识别损伤位置并实现损伤平台有限元模型的更新。结果表明:对于完整平台,修正后前六阶固有频率的误差均值由修正前的17.22%降至2.78%,修正后的有限元模型更接近试验结构;平台损伤后MAC显著降低,根据优化方法可准确定位出2个缺失构件的位置,且修正后固有频率的误差均值由25.94%降至4.79%。通过修正可为在役海洋平台安全评估提供一个准确的有限元模型。     

悬索桥结构基于敏感性分析的动力有限元模型修正

提出一种悬索桥结构基于特征值敏感性分析的有限元模型修正方法.由结构特征值关于模型参数的灵敏度矩阵建立理论/试验频率差与模型参数摄动之间的关系式.根据待修正参数的不确定性,将参数摄动限制于预设的范围,并将参数修正转化为不等式约束优化问题迭代求解.通过一1/150比例的悬索桥模型的试验分析,验证了这一模型修正方法的可行性.     

响应面法的杆式超声电机有限元模型修正

现有杆式超声电机的有限元模型大都采用连续复合材料的简化结构形式,忽略了实际超声电机各部件间的接触特性,导致计算结果与实验结果具有较大偏差。针对该问题,提出了一种采用响应面法的杆式超声电机有限元模型修正方法,来获得高精度的有限元模型。该方法考虑了超声电机螺栓预紧力及各部件接触界面的法向接触刚度和摩擦系数,筛选出显著影响电机工作模态的参数,建立响应面模型替代超声电机的有限元模型实现快速计算结构响应的目的,并以实验模态分析结果为目标对模型进行修正。修正结果表明,修正后的模型模态频率的平均误差由修正前的1.20%降到0.21%,模型精度得到明显改善,表明以响应面的有限元模型修正方法对杆式超声电机以及类似夹心式压电振子的设计具有应用价值。     

在役T构桥梁的有限元模型修正

有限元模型修正是建立精确的基准有限元模型的基础。以在役T构桥梁——324国道乌龙江大桥为工程背景,利用ANSYS软件建立了全桥结构的三维有限元模型,进行了结构静、动力数值模拟分析,并与实测结果进行了比较;结果表明,未修正的有限元模型计算结果与实测结果存在较大误差。通过参数灵敏度分析,确定了对桥梁结构静、动力特性影响均较大的参数;采用零阶和一阶算法,基于自振频率与静力挠度组合的目标函数,对乌龙江大桥有限元模型进行了修正。修正后的有限元模型能较真实地反映结构的实际状态,可作为该桥梁长期健康监测与状态评估的基准有限元模型。     

基于响应面法的钢- 砼混合梁悬索桥有限元模型修正

有限元初始模型往往与实际结构间存在着某些误差,不能准确反映桥梁实际的工作状态。作者建立了某钢-砼混合梁悬索桥的有限元模型,基于桥梁荷载试验所得响应,建立其响应面模型进行优化计算,修正了有限元模型。     

基于二阶泰勒级数展开和风驱动优化算法的结构有限元模型修正

为得到结构响应与修正参数之间的函数关系、简化参数迭代过程，通过推导结构响应关于修正参数的一阶与二阶泰勒级数展开，并选用具有寻优效率高、全局搜索能力强的风驱动优化算法，建立了基于二阶泰勒级数展开和风驱动优化算法的结构有限元模型修正方法。同时，为求解响应关于修正参数的二阶泰勒级数展开，采用差分法近似求得响应关于修正参数的一阶和二阶偏导数。利用该方法对算例模型进行了修正，并对比了一阶和二阶泰勒级数展开的修正效果。结果表明：二阶泰勒级数展开的修正效果明显优于一阶泰勒级数展开，增加二阶偏导数项可以更好地反映响应与修正参数之间的函数关系。基于该方法，采用实桥的静动力测试数据对青林湾大桥的有限元模型进行了修正，修正后的有限元模型能够较好地反映大桥的实际状况。     

预应力连续箱梁桥的动力有限元模型修正

以张家港河大桥为对象,建立主桥的初始有限元模型,基于频率指标和振型相关系数指标,定义了相比传统更合理的目标函数,利用实数编码加速遗传算法,基于环境激励模态试验的前7阶模态参数,对其初始有限元模型进行修正,并利用后3阶模态参数,对修正后有限元模型的预测能力进行评估。由修正结果和预测能力可知,采用上述指标定义的目标函数和实数编码加速遗传算法,对预应力混凝土连续梁桥的有限元模型进行修正,获得准确反映其实际动力行为的有限元模型。     

基于模态挠度法的预应力连续箱梁桥状态评估

以预应力混凝土连续梁桥的通扬运河大桥为研究对象,探讨基于运行试验模态分析的模态挠度法在桥梁状态评估中的应用。建立其有限元模型,通过环境激励振动试验获得其试验模态参数,基于柔度矩阵指标和挠度指标定义的两个目标函数,利用实数编码的加速遗传算法修正大桥的有限元模型,获得基本准确反映大桥实际静力行为的有限元模型。借助其有限元模型对试验模态振型质量归一化,利用振型已质量归一化的环境激励振动试验的试验模态参数,可获得桥梁结构已知载荷作用下的试验模态挠度,通过与静挠度实测值比较,可对桥梁的状态作出评估。结果说明基于运行试验模态分析的模态挠度法应用于桥梁状态评估的可行性与有效性。     

基于荷载试验的圬工拱桥力学分析修正模型研究

以有限元分析模型参数更新理论为基础,提出一种基于荷载试验的圬工拱桥结构力学分析参数的识别方法。该方法参数更新的目标是使试验实测结构各力学效应与有限元模型计算所得理论值最为接近,进而识别出结构体系的各参数;经实例验证,用所提出的方法建立的有限元修正模型可实现对圬工桥梁结构力学效应的分析,从而可为同类桥梁结构承载能力评价和加固改造提供可靠依据。     

斜拉桥试验模型相似性推导与动力问题的数值分析

采用结构试验模型的相似理论,应用方程分析与量纲矩阵分析相结合的方法,推导了岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥模型的静力和动力模型的各种相似关系,以及模态参数的相似比和相似判据。采用有限元技术,对比分析实桥与模型结构的自振特性与在地震波作用下的动力响应;通过数值分析得出满足刚度相似的模型数值结果,通过在模型结构上施加合理的配重后即可获得满足工程精度要求的原型结构的动力特性与动力响应;针对大跨度斜拉桥模型结构的配重问题,比较塔和索的配重对结构自振特性和在三向地震波作用下动力响应的影响。研究表明,在对桥梁结构进行静、动力分析时,桥梁结构的模型设计主要应满足刚度相似,试验结果可以根据相似比和相似判据通过配重进行修正,从而为结构的设计与动力试验提供依据。     

基于径向基神经网络的桥梁有限元模型修正

基于某预应力混凝土大跨刚构-连续梁桥的ANSYS有限元模型,提出一种基于径向基神经网络的有限元模型修正方法。该方法以不同设计参数条件下有限元模型模态分析频率作为输入向量,以对应的桥面单元、中墩、边墩的弹性模量、密度等设计参数修正值作为输出向量,利用径向基神经网络来逼近两者之间的非线性映射关系。结合该桥梁结构健康监测系统中加速度传感器监测的桥梁结构动力反应的加速度数据,利用神经网络的泛化特性,直接计算出有限元模型设计参数的修正值。研究结果表明:修正后的有限元模型能更真实地反映结构的物理状态,较好地反映该桥梁结构的真实动力特性。     

基于优化方法的桅杆结构有限元模型修正

为了给桅杆结构的健康监测研究提供一个较为准确的有限元基准模型,采用规划优化算法作为桅杆结构模型修正的基本工具,同时将优化算法与大型有限元分析软件相结合,首先,利用ANSYS软件仿真得到桅杆结构的一组动力响应数据,并将它作为模拟的实测数据,用以作为有限元模型修正的基准。其次,以桅杆结构结构的杆端联结刚度可调的杆件有限元模型为对象,以杆端的节点连接刚度为修正参数,以结构模型的节点位移作为修正目标,建立了目标函数从而修正了结构的有限元理论模型。     

基于静动载测试的既有混凝土拱桥有限元模型修正

在有限元模型修正中,目标函数选择的合适与否决定了修正效果的好坏。文中分别选取桥梁试验检测中静力测试中的位移和动力测试中的频率残差作为目标函数,进行多目标优化。并对两个目标进行最优规划,获得了多目标规划的最优解。通过联合静动力测试数据对有限元模型修正,弥补了单选取动测数据的不足,使修正后参数更加合理。通过修正,有限元模型更加符合现实桥梁状况,各参数变化均在限制范围之内,取得了较好结果。     

大跨桥梁索塔有限元模型修正

首先采用不同的方法分别建立了大跨桥梁索塔的精细有限元模型和简化模型，运用环境振动实测结果对简化有限元模型进行了修正，并和精细模型计算结果相比较；研究结果表明：严格按照设计图纸建立的精细有限元模型计算得到的动力特性与索塔现场环境振动实测值之间的误差较小，而未经修正的简化模型误差较大，由此说明：大跨桥梁在有限元建模时应尽可能详细地反映结构的几何与材料特性，在此前提下，对于设计资料全面的桥梁结构，建立有限元模型时就只需要修正那些无法用数学和物理方法模拟的不确定因素。对于缺乏实测信息的在建桥梁工程，则可以应用精细有限元模型的计算结果暂时代替实测结果对简化的有限元模型进行修正。     

基于小波神经网络的新沂河大桥有限元模型修正

以新沂河大桥——预应力混凝土连续梁桥为工程背景,提出了一种基于小波神经网络(WNN)的有限元模型修正方法。该方法首先以不同设计参数条件下有限元模型计算频率作为网络输入,并以主梁混凝土材料密度和弹性模量、支座与伸缩缝处纵、横向约束刚度作为网络输出。进而利用小波神经网络来逼近两者之间的非线性映射关系,并验证该网络的精度及其泛化能力。结合实桥环境振动试验数据,利用保存的网络参数及神经网络的泛化特性,得到有限元模型设计参数的修正值。结果表明:有限元模型修正后的计算结果与实测结果比较吻合,最大误差不超过5%,修正后的有限元模型能较好地反映桥梁的真实状态。     

结构有限元模型修正综述

结构有限元分析模型计算的结构响应与实测响应之间不可避免地存在一定偏差。利用结构现场实测的响应信息修正其结构有限元分析模型,使得修正后结构有限元模型计算的响应值与试验值趋于一致,此过程即为结构有限元模型修正。本文对结构动力模型修正和静力模型修正的一般理论及其进展进行了综述,讨论了有限元模型修正中的若干重要技术问题。